WO2012025442A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines kraftstoff-hochdruckspeichereinspritzsystems für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Hans Riepl
Christoph Klesse
Daniel Anetsberger
Tobias Ritsch
Thomas Kraft
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating a high-pressure fuel injection fuel injection system for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 ⁇ .
  • Modern motor vehicles have direct fuel injection internal combustion engines in which the fuel is injected under high pressure directly into or into multi-cylinder internal combustion engines into the combustion chambers.
  • a sol ⁇ che fuel injection requires a fuel ⁇ supply device which provides pressurized fuel in any operating situation.
  • Significant Ele ⁇ elements of this fuel supply device are the high-pressure pump which conveys the fuel to the necessary Druckni ⁇ veau and a pressure accumulator (rail), in which the fuel is stored under high pressure and supplied from which the injection valves with fuel.
  • the rail also serves to smooth pressure pulsations, for which a sufficient storage volume is required.
  • Such pressure accumulators are mainly used in combined under the name "common rail" high-pressure accumulator injection systems, which make it possible to keep the injection pressure of the speed of the engine and the injection quantity independent and beyond the injection pressure to increase eg about 2000 bar.
  • fuel is pumped from a tank into the accumulator via a high-pressure pump, via which the fuel is supplied to injection valves, the are angeord ⁇ net in each case in the cylinder heads of the internal combustion engine, is pending.
  • the opening and closing of the injection valves is usually done by means of electrically controlled or regulated actuators.
  • Stop-start devices for internal combustion engines of motor vehicles are known for example from DE 10 2008 020 184 AI and DE 10 2008 020 185 AI.
  • the fuel supply may experience difficulties in restarting the internal combustion engine.
  • ⁇ tig that the time between activation, so request the starting desire and the actual start of Brennkraftma- is machine as short as possible.
  • a stop-start functionality can from ⁇ pendent used by the high-pressure fuel storage injection components, mainly depends on the design of the high pressure pump and the injectors, different con ⁇ concepts are used.
  • a pressure in the pressure accumulator (rail) can be built up within a defined time which is greater than the injection release pressure (eg 80 bar).
  • High-pressure accumulator injection system used also offers a so-called pressure holding function. In this, the pressure in the accumulator is kept as long as possible in the system.
  • Be low leakage or leakage-free injectors used is a high-pressure control valve depending on the pressure reduction strategy in the system, simplified to as Druckregelven ⁇ til (Pressure Control Valve, PCV) referred, necessary to achieve the required by the car manufacturers pressure reduction times.
  • a pressure control valve as "normally open” out ⁇ leads, (when switching off the electrical voltage is a free flow of the fuel possible), it has a defined holding pressure (eg 10 - 70 bar). If a fuel pressure in the system is to be kept within a stop-start cycle over the entire engine stop phase (eg 60-90 seconds duration) which is above the corresponding holding pressure, namely at least the injection release pressure of the injectors used, the pressure regulating valve must be supplied with elec ⁇ tical electricity to prevent Abêtn of fuel from the pressure accumulator through the pressure control valve.
  • electric current hereinafter shortened as energizing or energizing referred, during the stop phase electric power ver ⁇ needs.
  • the generator alternnator
  • an energization of a normally open pressure control valve can be reduced or avoided during the stop phase by increasing the holding ⁇ pressure.
  • this increase is in conflict with the requirement for the lowest possible rail pressures during idling of the internal combustion engine to reduce the noise level.
  • the invention has for its object to provide an improved method and apparatus for operating a high-pressure fuel injection fuel injection system for an equipped with an automatic stop-start automatic function engine.
  • the invention is characterized by a method for operating a high-pressure fuel injection fuel injection system for an internal combustion engine of a motor vehicle, which has a stop-start automatic function, by means of which the internal combustion engine can be switched off independently of an intervention of the power ⁇ vehicle driver and then gestart ⁇ tet and promoted in the fuel by means of a high ⁇ pressure pump to a high-pressure accumulator as needed is and the required pressure reduction high pressure side by means of an electrically operated, is realized in the de-energized state pressure control valve.
  • the magnitude of the electric current for the supply of the pressure regulating valve is adjusted to the prevailing pressure in the high-pressure accumulator.
  • the pressure in the high-pressure accumulator is detected by means of a pressure sensor and the pressure values thus obtained serve as input variables of a characteristic diagram in which associated values of the actuation current are stored as a function of the pressure.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a fuel
  • Figure 2 is a diagram showing the relationship between pressure and electrical drive current of a pressure control valve
  • Figure 3 is a diagram showing the temporal pressure drop in a
  • Fuel high pressure accumulator injection system shows.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a fuel high-pressure accumulator injection system for an internal combustion engine BKM, as it is under the name common rail system, especially in vehicles with a diesel internal combustion engine is ⁇ sets. In this case, only those components are Darge ⁇ provides that are necessary for the understanding of the invention.
  • This high pressure fuel injection fuel injection system fuel is sucked from a fuel tank 10 via a low pressure fuel passage 11 through a prefeed pump 12.
  • the prefeed pump 12 conveys the fuel via a fuel filter 13 to a high-pressure pump 14 which is driven by the internal combustion engine 10 and which supplies the fuel. seals and under high pressure via a high-pressure fuel ⁇ line 28 in a high-pressure accumulator 15, the so-called rail feeds.
  • This high-pressure accumulator 15 has in addition to the pressure storage, the essential task of smoothing by a sufficiently large storage volume pressure pulses which the generated by the pump strokes of the high-pressure pump ⁇ .
  • volume flow control valve VCV In order to adjust the fuel flow rate of the high-pressure pump 14 in the high-pressure accumulator 15 according to the respective operating conditions of the internal combustion engine BKM demand, is in the fuel line 11 between the feed pump 12 and the high pressure pump 14, an additional Saugdrosselventil or digital inlet valve, hereinafter referred to as volume flow control valve VCV arranged , by means of which the flow of the high pressure pump 14 can be controlled.
  • This volume flow control valve VCV is controlled by ei ⁇ ner control unit 16 via a control line 17th
  • the control unit 16 is preferably integrated in an electronic control unit 18 of the internal combustion engine BKM controlling al ⁇ le necessary for operating the internal combustion engine BKM flows and / or regulates.
  • the control unit 18 of the internal combustion engine BKM is supplied with a multiplicity of input signals ES recorded by means of corresponding sensors, from which output signals AS are generated, with which individual ones are generated
  • the control unit 16 has inter alia a memory 31 in which u. a. Characteristics and maps KF1, KF2, KF3 are stored, whose meaning will be explained in more detail later with reference to the descriptions of Figures 2 and 3.
  • the high pressure pump is connected downstream of an electrically controllable pressure control valve PCV in the high pressure fuel line 28 ⁇ fourteenth
  • This pressure regulating valve PCV controls and / or controls excess fuel via a fuel return line 19 shown in dashed lines. which is not needed to maintain a desired pressure in the high pressure accumulator 15, in the Kraftstoffvorratsbe ⁇ container 10, wherein the pressure control valve PCV is controlled by the control unit 16 ⁇ via a control line 20.
  • a pressure sensor 21 is provided for pressure control in the high-pressure accumulator 15. This pressure sensor 21 is used to detect the pressure prevailing in the high pressure accumulator 15 instantaneously p, based on which the control unit 16 according to the desired operating conditions of the internal combustion engine BKM performs the pressure control via the pressure control valve PCV.
  • fuel pressures of 0 to 2000 bar or more can be generated with the aid of the illustrated arrangement. These fuel pressures are available via fuel injection lines 22 to injection valves designated as injectors 23, which are arranged in the combustion chambers of the internal combustion engine BKM.
  • injectors 23 generally have an injection nozzle which is closed by a needle under spring force.
  • the injection process is triggered by the control unit 16, which is connected via Steuerleitun ⁇ gene 24 with the injectors 23. Occurring in the injectors 23 leakage flow is fed back via shown in dashed lines fuel return lines 25 in the fuel reservoir ⁇ 10th
  • the prefeed pump 12 is driven in a preferred embodiment via an electric motor which is connected via a control line 27 to the control unit 16.
  • a certain pressure and a specific delivery by appropriate control of the hydraulic actuators volume flow control valve VCV and pressure control valve PCV by means of a so-called
  • the pressure control valve PCV is normally open, that is switched off when the internal combustion engine BKM off ⁇ switched off.
  • the volume flow control valve VCV is normally CLOSED ⁇ sen, so that after expiry of the lag time, the fuel supply line 11 is interrupted to the high pressure pump 14 by switching off the power supply. In case of failure ofcertainsver supply so take both valves a safe state
  • the internal combustion engine BKM is associated with a starting device 33 for electrical starting, which is coupled to the crankshaft of the internal combustion engine BKM.
  • the starting device 33 may include, for example, a conventional starter or a so-called integrated starter generator.
  • control device 18 of the internal combustion engine BKM several code-based engine control functions software are moderately implemented.
  • a so-called stop-start automatic function 26 is implemented, with the help of the presence of certain loading conditions and / or requirements, the engine inde pendent automatically stopped by a driver of the internal combustion engine ⁇ driven motor vehicle and at Vor ⁇ handensein certain conditions and / or requirements overall will start.
  • the automatic stop-start function 26 is electrically connected to the starting device 33 for this purpose.
  • an electric current must also be applied during the entire stop phase when using a pressure-holding function and a normally open pressure control valve PCV.
  • a fuel pressure in the system over the entire stop phase also referred to as pressure holding phase (eg 60 -90 seconds duration) to be maintained, which is above the corresponding holding pressure, namely at least the injection release pressure of the injectors used
  • the pressure control valve PCV must be energized to to avoid a Abêtn of fuel from the pressure accumulator 15 through the pressure control valve PCV. Due to the necessary energization of the pressure regulating valve PCV electrical power is consumed during the stop phase. The amount of this power varies depending on the valve type used.
  • FIG. 2 shows a diagram which shows the relationship between the pressure p and the drive current I of a normally open open pressure control valve PCV used in the high-pressure fuel-injection injection system according to FIG.
  • the reference PJJ denotes the holding pressure. It is about 70 bar with this pressure control valve PCV.
  • This pressure-current diagram is stored as a characteristic curve KF1 in the memory 31 of the control unit 16. If, during the stop phase, the pressure p in the high-pressure accumulator 15 now drops due to leakages at the injectors 23, the value of the electric current I for driving the pressure control valve PCV can also be reduced in accordance with the pressure-current characteristic KF1 according to FIG.
  • the pressure p in the high pressure accumulator 15 is scanned by the pressure sensor 21 in a fixed time frame, wherein ⁇ play, every 10 ms and from the characteristic curve KFl the corre- impaired value for the electrical drive current I read out, with which the pressure control valve PCV is then driven.
  • the drive current I is therefore reduced stepwise in accordance with the pressure-current characteristic KF1, so that the power consumption of the pressure control valve PCV is reduced during the stop phase.
  • the value for the drive current I read from the characteristic KFl can still be increased with a small margin of safety upwards, i. a slightly larger value for the drive current I can be used. This can be done for example by means of an additive correction factor> 0 or a multiplicative correction factor> 1, with which the read value is applied.
  • the temperature T of the fuel in the determination of the pressure-dependent drive current I can be considered.
  • a map KF2 in memory 31 is stored, in which the drive current I is shown in function of the pressure p and the fuel ⁇ temperature T in a three dimensional coordinate system.
  • the temperature T of the fuel is determined by means of a, anyway in the fuel High-pressure accumulator injection system 1 built Temperatursen ⁇ sors 34 determines whose signal is supplied to the control unit 18 and the control unit 16.
  • the so-called pressure drop curve of the fuel high pressure accumulator injection system 1 can be used to determine reduced values for the energization of the pressure control valve 15. It describes the time course of the pressure p after switching off the internal combustion engine BKM by means of the stop-start automatic function.
  • the pressure p in the high-pressure accumulator 15 is determined, for example, by means of the pressure sensor 21 and this value serves as the input value (starting value) ps for the pressure drop curve.
  • starting value the input value
  • p the zugehö ⁇ rige pressure value p is read out of the characteristic KF3 at this time.
  • This value of the pressure is then the input variable for the pressure-current diagram (characteristic curve KF1), from which the associated value of the on-control current I is taken. This process is jewish, z. B.
  • the influence of the fuel temperature can be taken into account at the level of the to be selected current value, in which, for example when the internal combustion engine prevailing at this time, the temperature T of the fuel is determined and are stored for different temperatures T below ⁇ Kunststoffliche pressure drop curves, of which then the appropriate one is selected

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystems (1) für eine Brennkraftmaschine (BKM) eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, welches eine Stopp-Start-Automatikfunktion (26) aufweist, mittels der die Brennkraftmaschine (BKM) unabhängig von einem Eingriff des Kraftfahrzeugführers abgeschaltet und anschliessend wieder gestartet werden kann und bei dem Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe (14) zu einem Hochdruckspeicher (15) bedarfsgerecht gefördert wird und der Druck des Kraftstoffes hochdruckseitig mit Hilfe eines elektrisch betätigten, im stromlosen Zustand offenem Druckregelventils (PCV) eingestellt wird. Gemäss dem Verfahren wird während einer Stopp-Phase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus die elektrische Bestromung (I) des Druckregelventils (14) dem herrschenden Druck (p) im Hochdruckspeicher (15) angepasst.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftstoff- Hochdruckspeichereinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patent¬ anspruches 1.
Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei denen der Kraftstoff unter hohem Druck direkt in den oder bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen in die Brennräume eingespritzt wird. Eine sol¬ che Kraftstoffdirekteinspritzung erfordert eine Kraftstoff¬ versorgungseinrichtung, welche in jeder Betriebssituation druckbeaufschlagten Kraftstoff bereitstellt. Wesentliche Ele¬ mente dieser Kraftstoffversorgungseinrichtung stellen die Hochdruckpumpe, welche den Kraftstoff auf das nötige Druckni¬ veau befördert und ein Druckspeicher (Rail) dar, in dem der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert wird und von welchem die Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt werden. Neben der Druckspeicherung dient das Rail auch zur Glättung von Druckpulsationen, wozu ein ausreichendes Speichervolumen erforderlich ist.
Derartige Druckspeicher werden vor allem bei unter der Bezeichnung "Common Rail" zusammengefassten Hochdruck- Speichereinspritzsystemen eingesetzt, die es ermöglichen, den Einspritzdruck von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Einspritzmenge unabhängig zu halten und darüber hinaus den Einspritzdruck auf z.B. ca. 2000 bar zu steigern. Bei diesen Common Rail-Einspritzsystemen wird durch eine Hochdruckpumpe Kraftstoff aus einem Tank in den Druckspeicher gefördert, über den der Kraftstoff an Einspritzventilen, die jeweils in den Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine angeord¬ net sind, ansteht. Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile geschieht in der Regel mittels elektrisch gesteuerten bzw. geregelten Aktoren.
Im Bestreben der Automobilhersteller, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen der Kraftfahrzeuge weiter zu verringern, wurden neue Techniken entwickelt, wie beispielsweise die Stopp-Start-Automatikfunktion, mittels derer die Brennkraft- maschine unabhängig von dem Eingriff eines Kraftfahrzeugfüh- rers automatisch abgeschaltet und ohne den Zündschlüssel oder den Startknopf zu betätigen, auch wieder automatisch gestartet werden kann, beispielsweise durch Antippen des Gas- oder Kupplungspedals. Die Abschaltung der Brennkraftmaschine ge- schieht dabei insbesondere in längeren Leerlaufphasen, in denen die Antriebskraft der Brennkraftmaschine nicht benötigt wird. Auf diese Weise können, besonders im innerstädtischen Verkehr mit vielen Ampelstopps, beachtliche Kraftstoffverbrauchseinsparungen erzielt werden.
Stopp-Start-Einrichtungen für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen sind beispielsweise aus DE 10 2008 020 184 AI und DE 10 2008 020 185 AI bekannt. Beim Einsatz solcher Stopp-Start-Automatikfunktionen kann es jedoch bei der Kraftstoffversorgung zu Schwierigkeiten beim Wiederstart der Brennkraftmaschine kommen. Hierbei ist wich¬ tig, dass die Zeit zwischen Aktivierung, also Anforderung des Startwunsches und dem tatsächlichen Start der Brennkraftma- schine so kurz wie möglich ist.
Das Erreichen eines sehr schnellen Druckaufbaus, speziell bei Diesel Common-Rail-Systemen bis zum Erreichen des Einspritzfreigabedruckes ist extrem wichtig bei Einsatz einer Stopp - Start-Strategie. Zur Realisierung einer Stopp-Start Funktionalität können ab¬ hängig von den im Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystem eingesetzten Komponenten, vor allem abhängig von der Bauart der Hochdruckpumpe und der Injektoren, unterschiedliche Kon¬ zepte verwendet werden. Bei ausreichend großem Hubvolumen der Hochdruckpumpe kann innerhalb einer definierten Zeit ein Druck im Druckspeicher (Rail) aufgebaut werden, der größer ist als der Einspritzfreigabedruck (z.B. 80 bar) . Werden leckagearme oder leckagefreie Injektoren in dem Kraftstoff-
Hochdruckspeichereinspritzsystem eingesetzt, bietet sich auch eine sogenannte Druckhaltefunktion an. Bei dieser wird der Druck im Druckspeicher möglichst lange im System gehalten. Werden leckagearme oder leckagefreie Injektoren eingesetzt, ist abhängig von der Druckabbaustrategie im System ein Hochdruckregelventil, im folgenden vereinfacht als Druckregelven¬ til (Pressure Control Valve, PCV) bezeichnet, notwendig um die von den Automobilherstellern geforderten Druckabbauzeiten zu erreichen.
Ist ein solches Druckregelventil als "stromlos offen" ausge¬ führt, (bei Abschalten der elektrischen Spannung ist ein freier Durchfluss des Kraftstoffes möglich) , besitzt es einen definierten Haltedruck (z.B. 10 - 70 bar) . Soll ein Kraft- stoffdruck im System über die gesamte Motorstoppphase (z.B. 60 - 90 Sekunden Dauer) innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus gehalten werden, welcher über dem entsprechenden Haltedruck liegt, nämlich mindestens dem Einspritzfreigabedruck der ein- gesetzten Injektoren, so muss das Druckregelventil mit elekt¬ rischem Strom versorgt werden, um ein Absteuern von Kraftstoff aus dem Druckspeicher durch das Druckregelventil zu vermeiden . Durch die notwendige Beaufschlagung mit elektrischem Strom, im Folgenden verkürzt als bestromen, bzw. Bestromung bezeichnet, während der Stoppphase wird elektrische Leistung ver¬ braucht. Da in dieser Phase die Brennkraftmaschine abgeschal¬ tet ist, der Generator (Lichtmaschine) also den Fahrzeugakku¬ mulator nicht laden kann, wirkt sich dies negativ auf die Energiebilanz aus.
Bisher wurden die Anforderungen an eine Stopp-Start Funktionalität über einen möglichst schnellen Druckaufbau beim Start der Brennkraftmaschine realisiert.
Wird in Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystemen mit Druckhaltefunktionalität ein Druckregelventil mit stromlos geschlossener Funktion eingesetzt, so ist während der Stopp¬ phase keine Bestromung notwendig. Der Einsatz solcher Druckregelventile ist aber mit höheren Kosten verbunden.
Weiterhin kann eine Bestromung eines stromlos offenen Druckregelventils während der Stopphase durch Erhöhung des Halte¬ druckes reduziert oder vermieden werden. Diese Erhöhung steht jedoch in Konflikt mit der Forderung nach möglichst niedrigen Raildrücken während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine zur Reduzierung des Geräuschpegels.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kraft- stoff-Hochdruckspeichereinspritzsystems für eine, mit einer automatischen Stopp-Start-Automatikfunktion ausgestatteten Brennkraftmaschine anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa¬ tentansprüche gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, welches eine Stopp-Start-Automatikfunktion aufweist, mittels der die Brennkraftmaschine unabhängig von einem Eingriff des Kraft¬ fahrzeugführers abgeschaltet und anschließend wieder gestar¬ tet werden kann und bei dem Kraftstoff mittels einer Hoch¬ druckpumpe zu einem Hochdruckspeicher bedarfsgerecht gefördert wird und der geforderte Druckabbau hochdruckseitig mit Hilfe eines elektrisch betätigten, im stromlosen Zustand offenem Druckregelventils realisiert wird. Während einer Stopp Phase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus wird die Höhe des elektrischen Stromes für die Versorgung des Druckregelventil dem herrschenden Druck im Hochdruckspeicher angepasst.
Durch bedarfsgerechte Beaufschlagung mit elektrischem Strom eines stromlos offenen Druckregelventils während der soge¬ nannten Druckhaltephase (Brennkraftmaschinenstopp) kann die Leistungsaufnahme des Druckregelventils durch zeitliche Redu zierung der Höhe des elektrischen Stroms analog des Druckver lustes im Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystems redu¬ ziert werden. Dies verbessert die Energiebilanz des Kraft¬ fahrzeugs, einhergehend mit einer Reduzierung des CO2 - Ausstoßes .
In einer bevorzugten Aus führungs form wird der Druck im Hochdruckspeicher mittels eines Drucksensors erfasst und die so erhaltenen Druckwerte dienen als Eingangsgrößen eines Kennfeldes, in dem abhängig vom Druck zugehörige Werte des An- steuerstromes abgelegt sind.
Durch Heranziehen der Druck-Strom-Kennlinie des Druckregel¬ ventils können auf sehr einfache Weise reduzierte Werte für den elektrischen Strom zur Versorgung des Druckregelventils während der Stopphase erhalten werden. Es sind keine zusätz¬ lichen Komponenten nötig, da die Eingangsgröße dieser Kennli nie von einem Drucksensor geliefert wird, der ohnehin im Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystems vorhanden ist und dessen Signal während des Normalbetriebes der Brennkraft maschine, also außerhalb des Stopp-Start-Betriebes zur Rege¬ lung des Druckes dient.
Eine noch genauere Anpassung der Werte für den Ansteuerstrom des Druckregelventils ergibt sich, wenn zusätzlich bei der Bestimmung der Stromwerte die Temperatur des Kraftstoffes auf der Hochdruckseite berücksichtigt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich im Zusammenhang mit der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-
Hochdruckspeichereinspritzsystems für eine Brenn¬ kraftmaschine,
Figur 2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Druck und elektrischem Ansteuerstrom eines Druckregelventiles zeigt und
Figur 3 ein Diagramm, das den zeitlichen Druckabfall in einem
Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystems zeigt .
Die Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Kraftstoff- Hochdruckspeichereinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine BKM, wie sie unter der Bezeichnung Common-Rail-System vor allem bei Fahrzeugen mit einer Diesel-Brennkraftmaschine einge¬ setzt wird. Dabei sind nur diejenigen Komponenten darge¬ stellt, die für das Verständnis der Erfindung nötig sind.
Bei diesem Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystem 1 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 10 über eine Niederdruckkraftstoffleitung 11 durch eine Vorförderpumpe 12 angesaugt. Die Vorförderpumpe 12 fördert den Kraftstoff über einen Kraftstofffilter 13 zu einer von der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Hochdruckpumpe 14, die den Kraftstoff ver- dichtet und unter hohem Druck über eine Hochdruckkraftstoff¬ leitung 28 in einen Hochdruckspeicher 15, das sogenannte Rail einspeist. Dieser Hochdruckspeicher 15 hat neben der Druck- speicherung auch die wesentliche Aufgabe, durch ein ausrei- chend großes Speichervolumen Druckpulsationen zu glätten, welche durch die Pumpenhübe der Hochdruckpumpe erzeugt wer¬ den .
Um den Kraftstoffvolumenstrom der Hochdruckpumpe 14 in den Hochdruckspeicher 15 entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine BKM bedarfsabhängig einstellen zu können, ist in der Kraftstoffleitung 11 zwischen der Vorförderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ein zusätzliches Saugdrosselventil oder digitales Einlassventil, im folgenden als Volumenstromregelventil VCV bezeichnet, angeordnet, mit dessen Hilfe der Förderstrom der Hochdruckpumpe 14 geregelt werden kann. Dieses Volumenstromregelventil VCV wird von ei¬ ner Steuereinheit 16 über eine Steuerleitung 17 angesteuert. Die Steuereinheit 16 ist vorzugsweise in ein elektronisches Steuergerät 18 der Brennkraftmaschine BKM integriert, das al¬ le zum Betrieb der Brennkraftmaschine BKM nötigen Abläufe steuert und/oder regelt. Hierzu werden dem Steuergerät 18 der Brennkraftmaschine BKM eine Vielzahl mittels entsprechender Sensorik aufgenommener Eingangssignale ES zugeführt, aus de- nen Ausgangssignale AS erzeugt werden, mit denen einzelne
Aktoren und Komponenten angesteuert werden, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine BKM notwendig sind. Die Steuereinheit 16 weist unter anderem einen Speicher 31 auf, in dem u. a. Kennlinien und Kennfelder KF1, KF2, KF3 gespeichert sind, de- ren Bedeutung später anhand der Beschreibungen der Figuren 2 und 3 näher erläutert wird.
Um den Druck im Hochdruckspeicher 15 entsprechend den gewünschten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine BKM ein- stellen zu können, ist stromabwärts der Hochdruckpumpe 14 ein elektrisch ansteuerbares Druckregelventil PCV in die Hoch¬ druckkraftstoffleitung 28 geschaltet. Dieses Druckregelventil PCV steuert und/oder regelt über eine gestrichelt dargestell¬ te Kraftstoffrückführleitung 19 überschüssigen Kraftstoff, der nicht zur Aufrechterhaltung eines im Hochdruckspeicher 15 gewünschten Drucks benötigt wird, in den Kraftstoffvorratsbe¬ hälter 10 ab, wobei das Druckregelventil PCV von der Steuer¬ einheit 16 über eine Steuerleitung 20 angesteuert wird. Zur Druckregelung im Hochdruckspeicher 15 ist ein Drucksensor 21 vorgesehen. Dieser Drucksensor 21 dient zum Erfassen des augenblicklich im Hochdruckspeicher 15 herrschenden Druckes p, auf dessen Grundlage die Steuereinheit 16 entsprechend den gewünschten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine BKM die Druckregelung über das Druckregelventil PCV vornimmt.
Im Hochdruckspeicher 15 lassen sich mit Hilfe der dargestellten Anordnung Kraftstoffdrücke von 0 bis 2000 bar oder mehr erzeugen. Diese Kraftstoffdrücke stehen über Kraftstoffein- spritzleitungen 22 an als Injektoren 23 bezeichnete Einspritzventile, die in den Brennkammern der Brennkraftmaschine BKM angeordnet sind, an. Die Injektoren 23 weisen im allgemeinen eine Einspritzdüse auf, die mit einer unter Federkraft stehenden Nadel verschlossen ist. Der Einspritzvorgang wird durch die Steuereinheit 16 ausgelöst, die über Steuerleitun¬ gen 24 mit den Injektoren 23 verbunden ist. Der in den Injektoren 23 auftretende Leckagestrom wird über gestrichelt dargestellte Kraftstoffrückführleitungen 25 in den Kraftstoff¬ vorratsbehälter 10 zurückgeführt.
Die Vorförderpumpe 12 wird in einer bevorzugten Ausgestaltung über einen Elektromotor angetrieben, der über eine Steuerleitung 27 mit der Steuereinheit 16 verbunden ist. Während des Normalbetriebes, d.h. außerhalb des Stopp-Start- Betriebes der Brennkraftmaschine BKM wird betriebspunktabhän¬ gig im Hochdruck-Speichereinspritzsystem ein bestimmter Druck und eine bestimmte Förderleistung durch entsprechende An- steuerung der Hydraulikstellglieder Volumenstromregelventil VCV und Druckregelventil PCV mittels einer sogenannten
Closed-Loop-Regelung eingestellt . Beim manuellen Abstellen der Brennkraftmaschine BKM mittels Betätigen des Zündschlüssels oder des Abstellknopfes wird da Druckregelventil PCV geöffnet, um den Kraftstoff vom Hoch¬ druckspeicher abzulassen. Das Volumenstromregelventil VCV bleibt nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine BKM während des Nachlaufs der Steuereinheit 16 noch kurz geöffnet, um de Pumpraum der Hochdruckpumpe 14 wieder zu befüllen. Damit ent fällt beim nächsten Start der Brennkraftmaschine BKM die Fül lung dieses Totraumes, was zu einer schnelleren Betriebsbe¬ reitschaft des Hochdruck-Speichereinspritzsystems führt.
Das Druckregelventil PCV ist stromlos offen, d.h. beim Ab¬ schalten der Brennkraftmaschine BKM wird es stromlos geschal tet. Das Volumenstromregelventil VCV ist stromlos geschlos¬ sen, so dass nach Ablauf der Nachlaufzeit durch Abschalten der Stromversorgung die KraftstoffZuleitung 11 zu der Hochdruckpumpe 14 unterbrochen ist. Bei Ausfall der Spannungsver sorgung nehmen also beide Ventile einen sicheren Zustand ein
Ferner ist der Brennkraftmaschine BKM eine Starteinrichtung 33 zum elektrischen Starten zugeordnet, welche mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine BKM gekoppelt ist. Die Start einrichtung 33 kann dabei beispielsweise einen herkömmlichen Anlasser oder einen sogenannten integrierten Starter- Generator umfassen.
In der Steuervorrichtung 18 der Brennkraftmaschine BKM sind mehrere, kennfeidbasierte Motorsteuerungsfunktionen Software mäßig implementiert. Insbesondere ist in der Steuervorrich¬ tung 18 eine sogenannte Stopp-Start-Automatikfunktion 26 implementiert, mit deren Hilfe bei Vorhandensein bestimmter Be dingungen und/oder Anforderungen die Brennkraftmaschine unab hängig von einem Fahrer des mit der Brennkraftmaschine ange¬ triebenen Kraftfahrzeuges automatisch gestoppt und bei Vor¬ handensein bestimmter Bedingungen und/oder Anforderungen ge- startet wird. Die Stopp-Start-Automatikfunktion 26 ist hierzu elektrisch mit der Starteinrichtung 33 verbunden.
Befindet sich die Brennkraftmaschine BKM in einer Stoppphase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus, so muss bei Verwendung einer Druckhaltefunktion und eines stromlos offenen Druckregelventils PCV dieses auch während der gesamten Stoppphase mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden. Soll ein Kraftstoffdruck im System über die gesamte Stoppphase, auch als Druckhaltephase bezeichnet, (z.B. 60 -90 Sekunden Dauer) gehalten werden, welcher über dem entsprechenden Haltedruck liegt, nämlich mindestens dem Einspritzfreigabedruck der eingesetzten Injektoren, so muss das Druckregelventil PCV bestromt werden, um ein Absteuern von Kraftstoff aus dem Druckspeicher 15 durch das Druckregelventil PCV zu vermeiden. Durch die notwendige Bestromung des Druckregelventils PCV wird während der Stoppphase elektrische Leistung verbraucht. Die Höhe dieser Leistung variiert abhängig vom verwendeten Ventiltyp .
In Figur 2 ist ein Diagramm dargestellt, das den Zusammenhang zwischen dem Druck p und dem Ansteuerstrom I eines in dem Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystem nach Figur 1 eingesetzten, stromlos offenen Druckregelventils PCV zeigt. Mit dem Bezugszeichen PJJ ist der Haltedruck bezeichnet. Er beträgt bei diesem Druckregelventil PCV ca. 70 bar. Um einen Druck p im Hochdruckspeicher 15 von 1800 bar zu halten, ist bei diesem Druckregelventil PCV ein Strom von 0,8 Ampere nö¬ tig, um einen Druck p im Hochdruckspeicher 15 von 750 bar zu halten, ist nur noch ein Strom von 0,4 Ampere nötig.
Dieses Druck-Strom-Diagramm ist als Kennlinie KF1 in dem Speicher 31 der Steuereinheit 16 abgelegt. Fällt nun während der Stoppphase der Druck p im Hochdruck¬ speicher 15 aufgrund Leckagen an den Injektoren 23 ab, so kann auch der Wert des elektrischen Stromes I zur Ansteuerung des Druckregelventils PCV entsprechend der Druck-Strom- Kennlinie KFl nach Figur 2 reduziert werden.
Hierzu wird der Druck p im Hochdruckspeicher 15 mittels des Drucksensors 21 in einem festen Zeitraster abgefragt, bei¬ spielsweise alle 10 ms und aus der Kennlinie KFl der dazuge- hörige Wert für den elektrischen Ansteuerstrom I ausgelesen, mit dem das Druckregelventil PCV dann angesteuert wird. Mit zunehmender Dauer der Stoppphase wird somit entsprechend der Druck-Strom-Kennlinie KFl der Ansteuerstrom I schrittweise verkleinert, so dass der Leistungsverbrauch des Druckregel- ventils PCV während der Stoppphase verringert wird.
Um sicherzustellen, dass unter allen Umständen die Bestromung des Druckregelventils PCV ausreicht, um den momentanen Druck p im Druckspeicher 15 zu halten, kann der aus der Kennlinie KFl ausgelesene Wert für den Ansteuerstrom I noch mit einer kleinen Sicherheitsreserve nach oben, d.h. ein etwas größerer Wert für den Ansteuerstrom I verwendet werden. Dies kann beispielsweise mittels eines additiven Korrekturfaktors >0 oder eines multiplikativen Korrekturfaktors >1 erfolgen, mit dem der ausgelesene Wert beaufschlagt wird.
Des Weiteren kann auch die Temperatur T des Kraftstoffes bei der Ermittlung des druckabhängigen Ansteuerstromes I berücksichtigt werden. Hierzu ist anstelle der Kennlinie KFl ein Kennfeld KF2 in dem Speicher 31 abgelegt, in dem der Ansteuerstrom I in Abhängigkeit vom Druck p und der Kraftstoff¬ temperatur T in einem dreidimensionalen Koordinatensystem dargestellt ist. Die Temperatur T des Kraftstoffes wird mit Hilfe eines, ohnehin im Kraftstoff- Hochdruckspeichereinspritzsystem 1 verbauten Temperatursen¬ sors 34 ermittelt, dessen Signal dem Steuergerät 18 und der Steuereinheit 16 zugeführt wird. Ein Temperaturmodell berech¬ net aus dem Signal dieses, auf der Niederdruckseite vorhande- nen Temperatursensors 34 u. a. die Berücksichtigung der Kompressionserwärmung, bedingt durch den Druck im Rail die Kraftstofftemperatur im Rail. .
Da aufgrund der geringen vorhandenen Leckage der Druck p im Druckspeicher 15 während der Druckhaltephase absinkt, kann zur Ermittlung von reduzierten Werten für die Bestromung des Druckregelventils 15 auch die sogenannte Druckabfallkurve des Kraftstoff-Hochdruckspeichereinspritzsystems 1 herangezogen werden. Sie beschreibt den zeitlichen Verlauf des Druckes p nach Abstellen der Brennkraftmaschine BKM mittels der Stopp- Start-Automatikfunktion .
In dem Diagramm KF3 nach Figur 3 ist eine typische Druckabfallkurve (Kennlinie KF3) einer 4-Zylinder- Dieselbrennkraftmaschine gezeigt. Der Verlauf ist u. a. ab¬ hängig von der Höhe der Dauerleckage der Injektoren und der Anzahl der Injektoren. Diese Druckabfallkurve wird experimentell ermittelt und ist in dem Speicher 31 der Steuereinheit 16 abgelegt.
Beim Abstellen der Brennkraftmaschine BKM mittels der Stopp- Start-Automatikfunktion 26 wird der Druck p im Hochdruckspeicher 15 ermittelt, beispielsweise mittels des Drucksensors 21 gemessen und dieser Wert dient als Eingangswert (Startwert) ps für die Druckabfallkurve. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne z. B. 100 ms wird der zu diesem Zeitpunkt zugehö¬ rige Druckwert p aus der Kennlinie KF3 ausgelesen. Dieser Wert des Druckes ist dann Eingangsgröße für das Druck-Strom- Diagramm (Kennlinie KF1), aus dem der zugehörige Wert des An- Steuerstromes I entnommen wird. Dieser Vorgang wird perio- disch, z. B. alle 100 ms wiederholt, so dass mit zunehmender Dauer der Stoppphase der Brennkraftmaschine BKM der elektri¬ sche Strom weiter reduziert werden kann. Auch bei diesem Verfahren kann der Einfluss der Kraftstofftemperatur auf die Höhe des zu wählenden Stromwertes berücksichtigt werden, in dem zum Beispiel beim Abstellen der Brennkraftmaschine die zu diesem Zeitpunkt herrschende Temperatur T des Kraftstoffes ermittelt wird und für verschiedene Temperaturen T unter¬ schiedliche Druckabfallkurven hinterlegt sind, von denen dann die passende ausgewählt wird

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff-
Hochdruckspeichereinspritzsystems (1) für eine Brennkraftma- schine (BKM) eines Kraftfahrzeuges, welches eine Stopp-Start- Automatikfunktion ( 26 ) aufweist, mittels der die Brennkraftma¬ schine (BKM) unabhängig von einem Eingriff des Kraftfahrzeug- führers abgeschaltet und anschließend wieder gestartet werden kann, bei dem Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe (14) zu einem Hochdruckspeicher (15) gefördert wird, an dem mindestens ein Injektor (23) angeschlossen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine (BKM) und der Druck des Kraftstoffes hochdruckseitig mit Hilfe eines elektrisch betätigten, im stromlosen Zustand of- fenem Druckregelventils (PCV) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Stopp-Phase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus die Höhe des elektrischen Stromes (I) für die Versorgung des Druckregelventils (14) dem herrschenden Druck (p) im Hochdruckspeicher (15) angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Druckabfalls im Hochdruckspeicher (15) die
Höhe des elektrischen Stromes (I) reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des elektrischen Stromes (I) nur soweit redu- ziert wird, dass der minimale Einspritzfreigabedruck des mindestens einen Injektors (23), nicht unterschritten wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) im Hochdruckspeicher (15) mittels eines Drucksensors (21) erfasst wird, die so erhalte¬ nen Druckwerte als Eingangsgrößen eines Kennfeldes (KF1) die¬ nen, in dem abhängig vom Druck (p) zugehörige Werte des An- steuerstromes (I) abgelegt sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine (BKM) a) der Druck (p) im Hochdruckspeicher (15) ermittelt wird und dieser als Eingangsgröße eines Kennfeldes (KF2) dient, in dem eine Druckabfallkurve des Kraftstoff-Hochdruckspeicher- einspritzsystems (1) über der Zeit (t) abgelegt ist,
b) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne der zu diesem Zeitpunkt zugehörige Druckwert (p) aus dem Kennfeld (KF2) ausgelesen wird,
c) dieser Druckwert (p) als Eingangsgröße eines Kennfeldes (KF1) dient, in dem abhängig vom Druck (p) zugehörige Werte des Ansteuerstromes (I) abgelegt sind,
d) die Schritte b) -c) in vorbestimmten, zeitlichen Abständen wiederholt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Werte des elektri¬ schen Stromes (I) die Temperatur (T) des Kraftstoffes berück¬ sichtigt wird.
7. Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftstoff- Hochdruckspeichereinspritzsystems (1) für eine Brennkraftma¬ schine (BKM) eines Kraftfahrzeuges, welches eine Stopp-Start- Automatikfunktion ( 26 ) aufweist, mittels der die Brennkraftma- schine (BKM) unabhängig von einem Eingriff des Kraftfahrzeug- führers abgeschaltet und anschließend wieder gestartet werden kann, bei dem Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe (14) zu einem Hochdruckspeicher (15) gefördert wird, an dem mindestens ein Injektor (23) angeschlossen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine (BKM) und der Druck des Kraftstoffes hochdruckseitig mit Hilfe eines elektrisch betätigten, im stromlosen Zustand offenem Druckregelventils (PCV) eingestellt wird, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist,
während einer Stopp-Phase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus die Höhe des elektrischen Stromes (I) für die Versorgung des Druckregelventils (14) dem herrschenden Druck (p) im Hochdruckspeicher (15) anzupassen.
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